Understanding Molecular Electron Transfer:

DesigningChemical Logic GatesHoracio Carias

Duke UniversityDept. of Physics

Dept. of Chemistry

● Physics– Quantum Computing

● Chemistry– Redox Reactions– Molecular Electronics

● Biology– Photosynthesis– Vision

● Interdisciplinary– Solar Energy Conversion

Motivations

Chang Group – Duke Physics

ET research in Beratan Group● Molecular interferometers

– Orbitally forbidden interaction prevents ET from D  A→● tDU = tDL, tUA = ­tLA  

Skourtis, Waldeck, Beratan J. Phys. Chem. B Vol 108, No 40, 2004

( )fiif

DA EET −=Γ δπ

2

−

+−

≈LD

LADL

UD

UADUDA EE

ttEE

ttT 00,00

ET research in Beratan Group● Molecular interferometers

– Electron interaction with bridge oscillator labels pathway ● “Which­way” interferometer● XOR Gate

( ) ( )

−−−

≈UUDUD

UAUDUDA EEEE

ttTω

γ

10,00

Current Work and Future Directions

● Calculate tunneling rates in real molecule● Extend model to include photo­excitation of 

bridge oscillator– IR pulse excites bridge oscillator– Electron picks up energy from oscillator en­route from 

D  A→● Model real molecule under influence of IR pulse

Acknowledgements

● Prof. David Beratan ● Prof. Spiros Skourtis – University of Cyprus● Prof. Johnathon Sessler – UT Austin● Prof. Igor Rubtsov – Tulane University● Dequan Xiao